JP2007325356A - Actuator and manufacturing method for piezoelectric element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator small in size and large in displacement. <P>SOLUTION: The actuator 1 includes: a curved piezoelectric element 30; a supporting member 10 for supporting the piezoelectric element 30; and a driven member 20 attached to the piezoelectric element 30. The piezoelectric element 30 is displaced inward or outward of the curve depending on an applied voltage. The driven member 20 includes: a pair of fixed portions 28 fixed at both ends of the piezoelectric element 30; and a coupling portion 24 coupling the fixed portions 28 with each other. The coupling portion 24 is bent at its head 25 and can be displaced inward or outward of the bend. For this reason, the coupling portion 24 is displaced as follows: it is displaced inward of the bend when the piezoelectric element 30 is displaced inward of the curve; and it is displaced outward of the bend when the piezoelectric element 30 is displaced inward of the curve. The displacement of the coupling portion 24 corresponds to the displacement of the piezoelectric element 30. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、アクチュエータ及び圧電素子の製造方法に関する。   The present invention relates to an actuator and a method for manufacturing a piezoelectric element.

従来のアクチュエータとして、例えば特許文献1に記載されているように、複数の直方体型の圧電素子と、被駆動体とを備えたものが知られている。このようなアクチュエータでは、複数の圧電素子に電圧を印加すると各圧電素子が変形し、各圧電素子の変形に応じて被駆動体が変位する。
特開平06−105569号公報
As a conventional actuator, for example, as described in Patent Document 1, an actuator including a plurality of rectangular parallelepiped piezoelectric elements and a driven body is known. In such an actuator, when a voltage is applied to a plurality of piezoelectric elements, each piezoelectric element is deformed, and the driven body is displaced according to the deformation of each piezoelectric element.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-105569

上述のアクチュエータでは、直方体型の圧電素子を複数用いるため、サイズが大きくなってしまう。アクチュエータのサイズを小さくするには圧電素子の数を減らせばよいが、その場合には被駆動体の変位量が小さくなってしまう。   Since the above-described actuator uses a plurality of rectangular parallelepiped piezoelectric elements, the size becomes large. In order to reduce the size of the actuator, the number of piezoelectric elements may be reduced, but in this case, the displacement of the driven body is reduced.

そこで、本発明は、サイズが小さく且つ変位量が大きいアクチュエータおよびこのアクチュエータに用いられる圧電素子の製造方法を提供することを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an actuator having a small size and a large amount of displacement, and a method for manufacturing a piezoelectric element used in the actuator.

本発明に係るアクチュエータは、一端部および他端部を有するとともに少なくとも一端部と他端部との間の領域が湾曲しており、一端部および他端部が印加電圧に応じて湾曲の内側方向あるいは外側方向に変位する圧電素子と、圧電素子における湾曲した領域を支持する支持部材と、圧電素子の一端部および他端部に固定される一対の固定部と、一対の固定部を連結するとともに屈曲または湾曲された連結部とを有する被駆動部材と、を備え、連結部が、圧電素子の変位に伴って、連結部における屈曲又は湾曲の内側方向あるいは外側方向に変位することを特徴とする。   The actuator according to the present invention has one end and the other end, and at least a region between the one end and the other end is curved, and the one end and the other end are curved inward depending on the applied voltage. Alternatively, the piezoelectric element that is displaced outward, a support member that supports a curved region of the piezoelectric element, a pair of fixing parts that are fixed to one end and the other end of the piezoelectric element, and a pair of fixing parts are coupled. A driven member having a bent or curved connecting portion, and the connecting portion is displaced inward or outward of the bent or bent portion of the connecting portion in accordance with displacement of the piezoelectric element. .

本発明のアクチュエータで用いられる圧電素子は、一端部と他端部との間の領域が湾曲して形成されている。圧電素子を湾曲させることによって、より狭いスペースに、有効長がより長い圧電素子を収容することができる。圧電素子を狭いスペースに収容できるため、アクチュエータとしてのサイズを小さくすることが可能となる。また、圧電素子の有効長を長く取ることができるため、電圧印加時における圧電素子の一端部および他端部の変位量を大きくすることができる。   The piezoelectric element used in the actuator of the present invention is formed by bending a region between one end and the other end. By bending the piezoelectric element, a piezoelectric element having a longer effective length can be accommodated in a narrower space. Since the piezoelectric element can be accommodated in a narrow space, the size of the actuator can be reduced. In addition, since the effective length of the piezoelectric element can be increased, the amount of displacement at one end and the other end of the piezoelectric element when a voltage is applied can be increased.

圧電素子は、印加電圧に応じて湾曲の内側方向および外側方向に変位する。駆動部材の連結部は屈曲又は湾曲されており、圧電素子の変位に伴って屈曲又は湾曲の内側方向あるいは外側方向に変位する。そのため、圧電素子が変位すると、連結部は、圧電素子の変位量に応じた量だけ屈曲又は湾曲の内側方向あるいは外側方向に変位することとなる。先に述べたように、有効長が長い圧電素子の変位量は大きいので、連結部の変位量も大きくなる。よって、本発明によれば、変位量が大きいアクチュエータを得ることができる。   The piezoelectric element is displaced in the inner and outer directions of the curve according to the applied voltage. The connecting portion of the driving member is bent or curved, and is displaced inward or outward of the bending or bending as the piezoelectric element is displaced. Therefore, when the piezoelectric element is displaced, the connecting portion is displaced inward or outward of the bending or bending by an amount corresponding to the displacement amount of the piezoelectric element. As described above, since the displacement amount of the piezoelectric element having a long effective length is large, the displacement amount of the connecting portion is also large. Therefore, according to the present invention, an actuator having a large displacement can be obtained.

更に、本発明の圧電素子は、支持部材によって支持されている。支持部材は、一端部と他端部との間の領域を支持している。一端部と他端部との間の領域は、一端部および他端部と比べて変位量が非常に小さい。このように変位量が小さい部分を支持することにより、支持部材が圧電素子の変位を妨げる可能性を低くすることができる。したがって、圧電素子の変位量は、印加された電圧値を正確に反映したものとなる。また、一端部と他端部との間の領域には圧電素子の重心が位置している。圧電素子は、支持部材によって重心位置を常に支えられることとなるため、変位時においても安定した状態を維持することができる。   Furthermore, the piezoelectric element of the present invention is supported by a support member. The support member supports a region between one end and the other end. The displacement between the one end and the other end is very small compared to the one end and the other end. By supporting the portion with a small amount of displacement in this way, the possibility that the support member hinders the displacement of the piezoelectric element can be reduced. Therefore, the displacement amount of the piezoelectric element accurately reflects the applied voltage value. Further, the center of gravity of the piezoelectric element is located in a region between the one end and the other end. Since the center of gravity of the piezoelectric element is always supported by the support member, the piezoelectric element can maintain a stable state even when displaced.

また、本発明のアクチュエータでは、圧電素子は、一端部から他端部に向かって連続的に伸びるとともに、厚み方向が湾曲の内側から外側に向かう方向とされた圧電体層を有することが好ましい。このように長く連続した圧電体層を有することにより、圧電素子の一端部および他端部の変位量をさらに大きくすることができる。また、圧電体層の厚み方向を湾曲の内側から外側に向かう方向とすることにより、圧電素子を湾曲の内側方向あるいは外側方向に確実に変位させることができる。   In the actuator of the present invention, it is preferable that the piezoelectric element has a piezoelectric layer that continuously extends from one end portion toward the other end portion and whose thickness direction is a direction from the inner side to the outer side of the curve. By having such a long and continuous piezoelectric layer, the amount of displacement of one end and the other end of the piezoelectric element can be further increased. Further, by setting the thickness direction of the piezoelectric layer to the direction from the inner side to the outer side of the curve, the piezoelectric element can be reliably displaced in the inner direction or the outer direction of the curve.

また、本発明のアクチュエータでは、圧電素子は、圧電体層を複数有し、複数の圧電体層は、湾曲の内側から外側に向かう方向に沿って積層されていることが好ましい。この場合、圧電素子を湾曲の内側方向あるいは外側方向にいっそう大きく変位させることができる。   In the actuator of the present invention, it is preferable that the piezoelectric element has a plurality of piezoelectric layers, and the plurality of piezoelectric layers are stacked along a direction from the inner side to the outer side of the curve. In this case, the piezoelectric element can be displaced more greatly inward or outward of the curve.

また、本発明のアクチュエータでは、圧電素子は、圧電体層を挟むように形成された内部電極と、当該内部電極に接続された外部電極とを有しており、外部電極は圧電素子の一端部と他端部との間の領域に設けられていることが好ましい。変位が殆ど生じない領域に設けられた外部電極は、圧電素子の変位を妨げることがない。   In the actuator of the present invention, the piezoelectric element has an internal electrode formed so as to sandwich the piezoelectric layer, and an external electrode connected to the internal electrode, and the external electrode is one end of the piezoelectric element. It is preferable that it is provided in the area | region between the other end part. The external electrode provided in a region where the displacement hardly occurs does not hinder the displacement of the piezoelectric element.

また、本発明のアクチュエータでは、圧電素子は半円環状を呈していることが好ましい。半円環状とすることによって、圧電素子のスムーズな変位が可能となる。さらに、圧電素子の収容スペースを確実に小さくすることができる。   In the actuator of the present invention, it is preferable that the piezoelectric element has a semi-annular shape. By adopting a semi-annular shape, the piezoelectric element can be smoothly displaced. Furthermore, the accommodation space for the piezoelectric element can be reliably reduced.

本発明に係る圧電素子の製造方法は、湾曲した圧電素子を製造する方法であって、内部電極が形成されたグリーンシートを含む複数のグリーンシートを積層してシート積層体を形成する第1工程と、シート積層体を切断して短冊状のシート積層体を得る第2工程と、湾曲した第1壁面を有する第1焼成治具と、第1焼成治具の第1壁面と沿うように湾曲した第2壁面を有する第2焼成治具と、を用意する第3工程と、第1焼成治具の第1壁面と第2焼成治具の第2壁面とに挟まれるように、短冊状のシート積層体を配置する第4工程と、第1壁面と第2壁面との間に配置された短冊状のシート積層体を焼成する第5工程と、を含み、第4工程では、短冊状のシート積層体の側面のうち長手方向に沿い且つ積層方向と垂直な一対の側面が第1壁面および第2壁面と対向するように、短冊状のシート積層体を配置することを特徴とする。   The method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention is a method for manufacturing a curved piezoelectric element, and a first step of forming a sheet laminate by laminating a plurality of green sheets including a green sheet on which internal electrodes are formed. A second step of cutting the sheet laminate to obtain a strip-shaped sheet laminate, a first firing jig having a curved first wall surface, and a curve along the first wall surface of the first firing jig. A second firing jig having a second wall surface, and a strip-like shape so as to be sandwiched between the first wall surface of the first firing jig and the second wall surface of the second firing jig. A fourth step of disposing the sheet laminate, and a fifth step of firing the strip-shaped sheet laminate disposed between the first wall surface and the second wall surface. In the fourth step, Of the side surfaces of the sheet laminate, a pair of side surfaces along the longitudinal direction and perpendicular to the lamination direction is the first wall And to the second wall facing, characterized by arranging the strip-shaped sheet laminate.

短冊状に切断されたシート積層体を、湾曲した第1壁面と湾曲した第2壁面との間に挟んで焼成するので、湾曲した圧電素子を得ることができる。また、短冊状に切断されたシート積層体を挟む際に、短冊状のシート積層体の側面のうち長手方向に沿い且つ積層方向と垂直な一対の側面を第1壁面および第2壁面と対向させるため、得られる圧電素子は、湾曲方向に沿って連続的に伸びた圧電体層を有するものとなる。その結果、湾曲して形成され、且つ湾曲方向に沿って連続的に伸びた圧電体層を有する圧電素子を、容易に製造することができる。   Since the sheet laminated body cut into the strip shape is sandwiched and fired between the curved first wall surface and the curved second wall surface, a curved piezoelectric element can be obtained. Further, when sandwiching the sheet laminate cut into strips, a pair of side surfaces along the longitudinal direction and perpendicular to the lamination direction among the side surfaces of the strip-like sheet laminate are opposed to the first wall surface and the second wall surface. Therefore, the obtained piezoelectric element has a piezoelectric layer continuously extending along the bending direction. As a result, it is possible to easily manufacture a piezoelectric element having a piezoelectric layer that is formed in a curved shape and continuously extends along the bending direction.

本発明によれば、サイズが小さく且つ変位量が大きいアクチュエータおよびこのアクチュエータに用いられる圧電素子の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an actuator having a small size and a large amount of displacement, and a method for manufacturing a piezoelectric element used in the actuator.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.

図1は本実施形態に係るアクチュエータを示す正面図である。図2(a)は本実施形態に係るアクチュエータを示す上面図であり、図2(b)は図2(a)に示したアクチュエータのII−II線断面図である。図1および図2に示されるように、アクチュエータ1は、支持部材10と、被駆動部材20と、圧電素子30と、を備えている。   FIG. 1 is a front view showing an actuator according to the present embodiment. 2A is a top view showing the actuator according to the present embodiment, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line II-II of the actuator shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the actuator 1 includes a support member 10, a driven member 20, and a piezoelectric element 30.

支持部材10は、底壁12と、底壁12に略垂直で互いに対向する第1側壁14および第2側壁15と、底壁12に略垂直で第1および第2側壁14,15と隣り合う第3側壁16と、を有している。底壁12の中央には、第1〜第3側壁14〜16で囲まれる空間に向かって突出した凸部17が設けられている。凸部17の上面には圧電素子30に電圧を印加するための電極(図示せず)が設けられており、当該電極は支持部材10の内部に形成された配線(図示せず)を介して、電圧源(図示せず)と接続されている。凸部17の上面の幅は、圧電素子30の長さと比べて十分に短くなっている。   The support member 10 is adjacent to the bottom wall 12, the first side wall 14 and the second side wall 15 that are substantially perpendicular to the bottom wall 12 and opposed to each other, and the first and second side walls 14 and 15 that are substantially perpendicular to the bottom wall 12. A third side wall 16. At the center of the bottom wall 12, a convex portion 17 is provided that protrudes toward a space surrounded by the first to third side walls 14 to 16. An electrode (not shown) for applying a voltage to the piezoelectric element 30 is provided on the upper surface of the convex portion 17, and the electrode is connected to a wiring (not shown) formed inside the support member 10. , Connected to a voltage source (not shown). The width of the upper surface of the convex portion 17 is sufficiently shorter than the length of the piezoelectric element 30.

第3側壁16の中央には、略円筒状の筒部18が設けられている。筒部18は、その径方向が底壁12に対して略垂直となるように設けられている。筒部18の長さは、被駆動部材20の軸部22の長さよりも短くなっている。   A substantially cylindrical tube portion 18 is provided in the center of the third side wall 16. The cylindrical portion 18 is provided such that its radial direction is substantially perpendicular to the bottom wall 12. The length of the cylindrical portion 18 is shorter than the length of the shaft portion 22 of the driven member 20.

被駆動部材20は、軸部22と、軸部22に接続された連結部24と、連結部24によって連結された一対の固定部28と、を有している。軸部22は支持部材10の筒部18に内挿されている。筒部18は軸部22のガイドとなり、軸部22が確実に底壁12に対して垂直な方向に動作することを保証する。筒部18の長さは軸部22の長さよりも短くなっている。そのため、軸部22の一端部は筒部18から突出している。   The driven member 20 includes a shaft portion 22, a connecting portion 24 connected to the shaft portion 22, and a pair of fixing portions 28 connected by the connecting portion 24. The shaft portion 22 is inserted into the cylindrical portion 18 of the support member 10. The tube portion 18 serves as a guide for the shaft portion 22 and ensures that the shaft portion 22 operates in a direction perpendicular to the bottom wall 12. The length of the cylindrical portion 18 is shorter than the length of the shaft portion 22. Therefore, one end portion of the shaft portion 22 protrudes from the cylindrical portion 18.

連結部24は、軸部22の一端部と結合されている。連結部24は、軸部22に固定されるヘッド25と、ヘッド25から伸びる一対のアーム26を含んでいる。図2に示されるように、ヘッド25は、その一端部が軸部22に固定され、他端部が支持部材10の第3側壁16と反対の方向に伸びている。ヘッド25の他端部は支持部材10から外方に突き出ている。   The connecting portion 24 is coupled to one end portion of the shaft portion 22. The connecting portion 24 includes a head 25 fixed to the shaft portion 22 and a pair of arms 26 extending from the head 25. As shown in FIG. 2, one end of the head 25 is fixed to the shaft portion 22, and the other end extends in a direction opposite to the third side wall 16 of the support member 10. The other end of the head 25 protrudes outward from the support member 10.

ヘッド25の一端部には、各アーム26の一端部が接続されている。一方のアーム26はヘッド25から第1側壁14に向かって伸びており、他方のアーム26はヘッド25から第2側壁15に向かって伸びている。各アーム26は略扁平形状を呈している。そのため連結部24は、ヘッド25を頂部として屈曲された形状となっている。一対のアーム26は、ヘッド25を介してヒンジ結合されている。アーム26をヒンジ結合することにより、連結部24は屈曲の内側方向あるいは外側方向に変位することが可能となる。   One end of each arm 26 is connected to one end of the head 25. One arm 26 extends from the head 25 toward the first side wall 14, and the other arm 26 extends from the head 25 toward the second side wall 15. Each arm 26 has a substantially flat shape. Therefore, the connecting portion 24 has a shape bent with the head 25 as a top portion. The pair of arms 26 are hinged via the head 25. By connecting the arm 26 with a hinge, the connecting portion 24 can be displaced inward or outward in the bending direction.

各アーム26の他端部には、固定部28がそれぞれ取り付けられている。各アーム26と各固定部28とはヒンジ結合されている。固定部28は、圧電素子30に固定されている。より具体的には、一方の固定部28は圧電素子30の一端部30aに、他方の固定部28は圧電素子30の他端部30bに、それぞれ公知の接着剤を介して固定されている。   A fixing portion 28 is attached to the other end portion of each arm 26. Each arm 26 and each fixing portion 28 are hinge-coupled. The fixing part 28 is fixed to the piezoelectric element 30. More specifically, one fixing portion 28 is fixed to one end portion 30a of the piezoelectric element 30 and the other fixing portion 28 is fixed to the other end portion 30b of the piezoelectric element 30 via a known adhesive.

図1に示されるように、圧電素子30は、一端部30aおよび他端部30bを有する積層型の圧電素子である。圧電素子30の一端部30aと他端部30bとの間の領域、すなわち圧電素子30の中間部は、湾曲している。圧電素子30の中間部は、支持部材10の凸部17によって支持されている。なお、凸部17の上面の幅は圧電素子30の長さと比べて十分に狭いため、圧電素子30の変位が支持部材によって抑制されることはない。   As shown in FIG. 1, the piezoelectric element 30 is a stacked piezoelectric element having one end 30a and the other end 30b. A region between the one end portion 30a and the other end portion 30b of the piezoelectric element 30, that is, an intermediate portion of the piezoelectric element 30 is curved. An intermediate portion of the piezoelectric element 30 is supported by the convex portion 17 of the support member 10. In addition, since the width of the upper surface of the convex part 17 is sufficiently narrow compared with the length of the piezoelectric element 30, the displacement of the piezoelectric element 30 is not suppressed by the support member.

図3は圧電素子30を示す斜視図である。図4は圧電素子30を他の方向から見たときの斜視図である。圧電素子30は、積層体32と、この積層体32の側面に形成された第1外部電極34、第2外部電極36、および第3外部電極38と、を有している。積層体32は、複数(本実施形態では8つ)の圧電体層40と、複数(本実施形態では4つ)の第1内部電極42と、複数(本実施形態では2つ)の第2内部電極44と、複数(本実施形態では2つ)の第3内部電極46と、を積層したものである。圧電体層40は、圧電素子30の一端部30aから他端部30bに向かって連続的に伸びている。また、圧電体層40の厚み方向は、圧電素子30の湾曲の内側から外側に向かう方向に沿っている。第1〜第3内部電極42,44,46は圧電体層40を挟むように形成されており、圧電体層40および第1〜第3内部電極42,44,46の積層方向は、圧電体層40の厚み方向と同様に、圧電素子30の湾曲の内側から外側に向かう方向に沿っている。   FIG. 3 is a perspective view showing the piezoelectric element 30. FIG. 4 is a perspective view of the piezoelectric element 30 when viewed from another direction. The piezoelectric element 30 includes a multilayer body 32, and a first external electrode 34, a second external electrode 36, and a third external electrode 38 formed on the side surface of the multilayer body 32. The multilayer body 32 includes a plurality (eight in this embodiment) of piezoelectric layers 40, a plurality (four in this embodiment) of first internal electrodes 42, and a plurality (two in this embodiment) of second electrodes. The internal electrode 44 and a plurality (two in this embodiment) of third internal electrodes 46 are laminated. The piezoelectric layer 40 continuously extends from one end 30a of the piezoelectric element 30 toward the other end 30b. The thickness direction of the piezoelectric layer 40 is along the direction from the inner side to the outer side of the bending of the piezoelectric element 30. The first to third internal electrodes 42, 44, 46 are formed so as to sandwich the piezoelectric layer 40. The stacking direction of the piezoelectric layer 40 and the first to third internal electrodes 42, 44, 46 depends on the piezoelectric body. Similar to the thickness direction of the layer 40, the piezoelectric element 30 extends along the direction from the inner side to the outer side.

積層体32は、半円環状の六面体を呈している。積層体32は、一対の主面32a,32bと、一対の主面32aと垂直な一対の側面32c,32cと、一対の主面32a,32bと垂直で一対の側面32c,32cに挟まれる一対の側面32d,32dと、を有している。一対の主面32a,32bは、積層体32の湾曲方向に沿い、且つ積層方向に対向する面である。主面32a側は圧電素子30の湾曲の内側に位置しており、主面32bは圧電素子30の湾曲の外側に位置している。一対の側面32c,32cは、積層体32の湾曲方向に対向する面である。一方の側面32cは圧電素子30の一端部30aに位置しており、他方の側面32cは圧電素子30の他端部30bに位置している。一対の側面32c,32cは、被駆動部材20の固定部28に固定されている。一対の側面32c,32cおよび一対の側面32d,32dからは、圧電体層40および第1〜第3内部電極42,44,46が露出している。   The laminate 32 has a semi-annular hexahedron. The stacked body 32 includes a pair of main surfaces 32a and 32b, a pair of side surfaces 32c and 32c perpendicular to the pair of main surfaces 32a, and a pair perpendicular to the pair of main surfaces 32a and 32b and sandwiched between the pair of side surfaces 32c and 32c. Side surfaces 32d and 32d. The pair of main surfaces 32 a and 32 b are surfaces that are along the bending direction of the stacked body 32 and are opposed to the stacking direction. The main surface 32 a side is located inside the curve of the piezoelectric element 30, and the main surface 32 b is located outside the curve of the piezoelectric element 30. The pair of side surfaces 32 c and 32 c are surfaces facing the bending direction of the stacked body 32. One side surface 32 c is located at one end 30 a of the piezoelectric element 30, and the other side surface 32 c is located at the other end 30 b of the piezoelectric element 30. The pair of side surfaces 32 c and 32 c are fixed to the fixing portion 28 of the driven member 20. The piezoelectric layer 40 and the first to third internal electrodes 42, 44, 46 are exposed from the pair of side surfaces 32c, 32c and the pair of side surfaces 32d, 32d.

圧電体層40および第1〜第3内部電極42,44,46は、圧電体層40、第3内部電極46、圧電体層40、第1内部電極42、圧電体層40、第3内部電極46、圧電体層40、第1内部電極42、圧電体層40、第2内部電極44、圧電体層40、第1内部電極42、圧電体層40、第2内部電極44、圧電体層40、の順で積層されている。圧電体層40のうち、積層方向に隣り合う第1内部電極42と第2内部電極44とに挟まれる領域40a、および積層方向に隣り合う第1内部電極42と第3内部電極46とに挟まれる領域40bは、圧電活性領域となる。圧電活性領域40a,40bは、電圧が印加されたときに積層体32の積層方向に伸縮する。圧電活性領域40aと圧電活性領域40bとは、伸縮の方向が逆となっている。すなわち、圧電活性領域40aが伸びるときに圧電活性領域40bは縮み、圧電活性領域40aが縮むときに圧電活性領域40bは伸びるように構成されている。圧電活性領域40a,40bがこのように伸縮することによって、圧電素子30の一端部30aおよび他端部30bは湾曲の内側方向あるいは外側方向に変位することとなる。   The piezoelectric layer 40 and the first to third internal electrodes 42, 44, 46 include the piezoelectric layer 40, the third internal electrode 46, the piezoelectric layer 40, the first internal electrode 42, the piezoelectric layer 40, and the third internal electrode. 46, piezoelectric layer 40, first internal electrode 42, piezoelectric layer 40, second internal electrode 44, piezoelectric layer 40, first internal electrode 42, piezoelectric layer 40, second internal electrode 44, piezoelectric layer 40 Are stacked in this order. Among the piezoelectric layers 40, the region 40a is sandwiched between the first internal electrode 42 and the second internal electrode 44 that are adjacent to each other in the stacking direction, and the first internal electrode 42 and the third internal electrode 46 that are adjacent to each other in the stacking direction. The region 40b to be formed becomes a piezoelectric active region. The piezoelectric active regions 40a and 40b expand and contract in the stacking direction of the stacked body 32 when a voltage is applied. The piezoelectric active region 40a and the piezoelectric active region 40b have opposite directions of expansion / contraction. That is, the piezoelectric active region 40b contracts when the piezoelectric active region 40a extends, and the piezoelectric active region 40b extends when the piezoelectric active region 40a contracts. As the piezoelectric active regions 40a and 40b expand and contract in this way, the one end 30a and the other end 30b of the piezoelectric element 30 are displaced inward or outward of the curve.

積層体32の主面32bと側面32dとには、第1〜第3外部電極34,36,38が設けられている。第2および第3外部電極36,38は積層体32の中間部に配設されており、第1外部電極34は、その一部が積層体32の中間部にかかるように配設されている。第1〜第3外部電極34,36,38は、下地電極および端子電極からなっており、積層体32と同時焼成することにより形成されている。下地電極は端子電極を形成する際の下地になる。端子電極は、積層体32の側面32dから露出した第1〜第3内部電極42,44,46と下地電極を介して電気的に接続されている。   First to third external electrodes 34, 36, and 38 are provided on the main surface 32 b and the side surface 32 d of the multilayer body 32. The second and third external electrodes 36, 38 are disposed in the intermediate part of the multilayer body 32, and the first external electrode 34 is disposed so that a part thereof covers the intermediate part of the multilayer body 32. . The first to third external electrodes 34, 36, 38 are composed of base electrodes and terminal electrodes, and are formed by simultaneous firing with the laminate 32. The base electrode serves as a base for forming the terminal electrode. The terminal electrode is electrically connected to the first to third internal electrodes 42, 44, 46 exposed from the side surface 32 d of the multilayer body 32 via the base electrode.

圧電体層40は、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を主成分とする圧電セラミック材料で形成されている。第1〜第3内部電極42,44,46は、Ag,Pdを主成分とする導電材料で形成されている。第1〜第3外部電極34,36,38の下地電極は、第1〜第3内部電極42,44,46を構成している金属と電気的に良好に接続できる導電材料で形成されており、例えば第1〜第3内部電極42,44,46と同様に、Ag,Pdを主成分とする導電材料で形成されている。第1〜第3外部電極34,36,38の端子電極は、下地電極上にPtを主成分とするペーストを印刷することにより形成されている。   The piezoelectric layer 40 is made of, for example, a piezoelectric ceramic material mainly composed of PZT (lead zirconate titanate). The first to third internal electrodes 42, 44, 46 are made of a conductive material mainly composed of Ag and Pd. The base electrodes of the first to third external electrodes 34, 36, and 38 are made of a conductive material that can be electrically connected to the metal constituting the first to third internal electrodes 42, 44, and 46 in an excellent manner. For example, similarly to the first to third internal electrodes 42, 44, 46, it is made of a conductive material mainly composed of Ag, Pd. The terminal electrodes of the first to third external electrodes 34, 36, and 38 are formed by printing a paste mainly composed of Pt on the base electrode.

続いて、図5〜図9を参照して、上述した構成を有する圧電素子30の製造方法について説明する。   Then, with reference to FIGS. 5-9, the manufacturing method of the piezoelectric element 30 which has the structure mentioned above is demonstrated.

まず、圧電体層40となるグリーンシートを作製する(ステップS100)。グリーンシートを作製するにあたって、例えばPZTを主成分としたセラミック粉体に有機バインダ樹脂および有機溶剤等を混合したペーストを作製する。そして、例えばドクターブレード法によって、上記ペーストをキャリアフィルム上に塗布することにより、グリーンシートを複数枚作製する。   First, a green sheet to be the piezoelectric layer 40 is produced (Step S100). In producing the green sheet, for example, a paste in which an organic binder resin, an organic solvent, and the like are mixed with ceramic powder containing PZT as a main component is produced. Then, a plurality of green sheets are produced by applying the paste on a carrier film by, for example, a doctor blade method.

次に、グリーンシートに、第1〜第3内部電極42,44,46に対応する電極パターンを複数(後述する分割チップ数に対応する数)形成する。電極パターンを形成するにあたって、例えばAg:Pd=85:15の比率で構成された導電材料に有機バインダ樹脂および有機溶剤等を混合したペーストを作製する。そして、そのペーストをグリーンシートにスクリーン印刷して乾燥させることにより、第1内部電極42に相当する電極パターンEL1が形成されたグリーンシートGS1、第2内部電極44に相当する電極パターンEL2が形成された第2グリーンシートGS2、および第3内部電極46に相当する電極パターンEL3が形成された第3グリーンシートGS3を得る。   Next, a plurality of electrode patterns (numbers corresponding to the number of divided chips described later) corresponding to the first to third internal electrodes 42, 44, 46 are formed on the green sheet. In forming the electrode pattern, for example, a paste in which an organic binder resin and an organic solvent are mixed with a conductive material configured in a ratio of Ag: Pd = 85: 15 is prepared. Then, the paste is screen printed on a green sheet and dried to form a green sheet GS1 on which an electrode pattern EL1 corresponding to the first internal electrode 42 is formed, and an electrode pattern EL2 corresponding to the second internal electrode 44. In addition, the second green sheet GS2 and the third green sheet GS3 on which the electrode pattern EL3 corresponding to the third internal electrode 46 is formed are obtained.

次に、電極パターンが形成されたグリーンシートを重ねてラミネートし、シート積層体を得る(ステップS102)。グリーンシートは、グリーンシートGS2、グリーンシートGS1、グリーンシートGS2、グリーンシートGS1、グリーンシートGS3、グリーンシートGS1、グリーンシートGS3、グリーンシートGS1の順で積層される。なお、グリーンシートGS3とグリーンシートGS1との間、およびグリーンシートGS2とグリーンシートGS1との間には、電極パターンが形成されていないグリーンシートを適宜積層してもよい。   Next, the green sheets on which the electrode patterns are formed are stacked and laminated to obtain a sheet laminate (step S102). The green sheets are laminated in the order of green sheet GS2, green sheet GS1, green sheet GS2, green sheet GS1, green sheet GS3, green sheet GS1, green sheet GS3, and green sheet GS1. A green sheet on which no electrode pattern is formed may be appropriately laminated between the green sheet GS3 and the green sheet GS1 and between the green sheet GS2 and the green sheet GS1.

次に、得られたシート積層体の上下面を反転させる。より具体的には、最初に積層したグリーンシートGS2の電極パターンが形成されていない面が上面、最後に積層したグリーンシートGS1の電極パターンが形成された面が下面となるように、シート積層体を反転させる。反転後、シート積層体の上面に先述したペーストをスクリーン印刷し、第1外部電極34の下地電極に相当する電極パターンEL4、第2外部電極36の下地電極に相当する電極パターンEL5、および第3外部電極38の下地電極に相当する電極パターンEL6を形成する(ステップS103)。   Next, the upper and lower surfaces of the obtained sheet laminate are reversed. More specifically, the sheet laminate is such that the surface on which the electrode pattern of the green sheet GS2 laminated first is not formed is the upper surface and the surface on which the electrode pattern of the green sheet GS1 is laminated is the lower surface. Is reversed. After the reversal, the paste described above is screen-printed on the upper surface of the sheet laminate, and the electrode pattern EL4 corresponding to the base electrode of the first external electrode 34, the electrode pattern EL5 corresponding to the base electrode of the second external electrode 36, and the third An electrode pattern EL6 corresponding to the base electrode of the external electrode 38 is formed (step S103).

上面に電極パターンを形成した後、シート積層体をチップ単位に切断して、短冊状のシート積層体を複数得る(ステップS104)。得られた短冊状のシート積層体を、以下グリーン体LS1と呼ぶ。図6は、グリーン体LS1の分解斜視図である。図6に示されるように、グリーン体LS1では、グリーンシートGS1、グリーンシートGS3、グリーンシートGS1、グリーンシートGS3、グリーンシートGS1、グリーンシートGS2、グリーンシートGS1、グリーンシートGS2、の順でこれらが積層されている。グリーン体LS1の主面60、すなわち最上位層に位置するグリーンシートGS2の露出面には、第1〜第3外部電極34,36,38の下地電極に相当する電極パターンEL4〜EL6が印刷されている。   After the electrode pattern is formed on the upper surface, the sheet laminate is cut into chips to obtain a plurality of strip-like sheet laminates (step S104). The obtained strip-shaped sheet laminate is hereinafter referred to as green body LS1. FIG. 6 is an exploded perspective view of the green body LS1. As shown in FIG. 6, in the green body LS1, the green sheet GS1, the green sheet GS3, the green sheet GS1, the green sheet GS3, the green sheet GS1, the green sheet GS2, the green sheet GS1, and the green sheet GS2 are in this order. Are stacked. Electrode patterns EL4 to EL6 corresponding to the base electrodes of the first to third external electrodes 34, 36, and 38 are printed on the main surface 60 of the green body LS1, that is, the exposed surface of the green sheet GS2 located in the uppermost layer. ing.

得られたグリーン体LS1の側面に、先述したペーストをスクリーン印刷または転写等の方法で付着させ、第1〜第3外部電極34,36,38の下地電極に相当する電極パターンEL4〜EL6を形成する(図5、ステップS105)。図7に、側面に電極パターンEL4〜EL6が形成されたグリーン体LS1の斜視図を示す。これらの下地電極の上からPtを主成分とするペーストを印刷して、第1〜第3外部電極34,36,38の端子電極となる部分を形成する(図5、ステップS106)。   The paste described above is attached to the side surface of the obtained green body LS1 by a method such as screen printing or transfer to form electrode patterns EL4 to EL6 corresponding to the base electrodes of the first to third external electrodes 34, 36, and 38. (FIG. 5, step S105). FIG. 7 shows a perspective view of the green body LS1 in which the electrode patterns EL4 to EL6 are formed on the side surfaces. A paste mainly composed of Pt is printed on these base electrodes to form portions to be terminal electrodes of the first to third external electrodes 34, 36, and 38 (FIG. 5, step S106).

次に、グリーン体LS1を焼成する。グリーン体LS1を焼成するにあたって、焼成治具を用意する(図5、ステップS107)。図8(a)は焼成治具を示す斜視図であり、図8(b)は焼成治具の上面図である。図8に示されるように、焼成治具50は、第1焼成治具52および第2焼成治具54から成っている。第1および第2焼成治具52,54は略円環状を呈している。このような形状を有する第1焼成治具52の外壁面52a(第1壁面)および第2焼成治具54の内壁面54a(第2壁面)は、ともに略円形状に湾曲している。第2焼成治具54の内壁面54aの径は、第1焼成治具52の外壁面52aの径よりも大きくなっている。第1および第2焼成治具52,54は、ジルコニアといった材料から形成されている。   Next, the green body LS1 is fired. In firing the green body LS1, a firing jig is prepared (FIG. 5, step S107). FIG. 8A is a perspective view showing the firing jig, and FIG. 8B is a top view of the firing jig. As shown in FIG. 8, the firing jig 50 includes a first firing jig 52 and a second firing jig 54. The first and second firing jigs 52 and 54 have a substantially annular shape. Both the outer wall surface 52a (first wall surface) of the first firing jig 52 and the inner wall surface 54a (second wall surface) of the second firing jig 54 having such a shape are curved in a substantially circular shape. The diameter of the inner wall surface 54 a of the second baking jig 54 is larger than the diameter of the outer wall surface 52 a of the first baking jig 52. The first and second firing jigs 52 and 54 are made of a material such as zirconia.

第1焼成治具52の外壁面52aと第2焼成治具54の内壁面54aとに挟まれるように、グリーン体LS1を配置する(図5、ステップS108)。より具体的には、図9(a)に示されるように、第1焼成治具52の外壁面52aにグリーン体LS1を沿わせる。このとき、グリーン体LS1のうち主面60とは反対側の面が第1焼成治具52の外壁面52aと対向するようにする。グリーン体LS1を第1焼成治具52の外壁面52aに沿わせた後、図9(b)に示されるように、第2焼成治具54を被せて、グリーン体LS1の主面60が第2焼成治具54の内壁面54aと対向するようにする。このように、グリーン体LS1の側面のうち、長手方向に沿い且つ積層方向と垂直な一対の側面が、第1および第2焼成治具52,54と対向するよう、グリーン体LS1を配置する。   The green body LS1 is disposed so as to be sandwiched between the outer wall surface 52a of the first baking jig 52 and the inner wall surface 54a of the second baking jig 54 (FIG. 5, step S108). More specifically, as shown in FIG. 9A, the green body LS1 is placed along the outer wall surface 52a of the first firing jig 52. At this time, a surface of the green body LS1 opposite to the main surface 60 is opposed to the outer wall surface 52a of the first firing jig 52. After the green body LS1 is placed along the outer wall surface 52a of the first firing jig 52, as shown in FIG. 9 (b), the second firing jig 54 is put over so that the main surface 60 of the green body LS1 is the first. 2 It is made to oppose the inner wall surface 54a of the baking jig 54. As described above, the green body LS1 is arranged such that, of the side surfaces of the green body LS1, the pair of side surfaces along the longitudinal direction and perpendicular to the stacking direction are opposed to the first and second firing jigs 52 and 54.

図9(c)に示されるように、第1および第2焼成治具52,54で挟んだまま、グリーン体LS1をジルコニア製の焼成セッター56の上に載置する。そして、400℃、10時間程度の加熱処理を実施して、グリーン体LS1に脱バインダ処理を施す。脱バインダ後、引き続き第1および第2焼成治具52,54で挟んだままの状態で、グリーン体LS1を950℃で2時間程度、焼成する(図5、ステップS109)。これにより、湾曲した積層体32が形成される。   As shown in FIG. 9C, the green body LS1 is placed on the firing setter 56 made of zirconia while being sandwiched between the first and second firing jigs 52 and 54. Then, a heat treatment is performed at 400 ° C. for about 10 hours to perform a binder removal process on the green body LS1. After the binder removal, the green body LS1 is fired at 950 ° C. for about 2 hours while being sandwiched between the first and second firing jigs 52 and 54 (FIG. 5, step S109). Thereby, the curved laminated body 32 is formed.

次に、第1および第2焼成治具52,54を外して積層体32を取り出す。取り出した積層体32に、温度120℃の環境下で、積層体32の厚みに対する電界強度が2kV/mmとなるように所定の電圧を3分間印加することにより、積層体32の分極処理を行う(図5、ステップS110)。以上の工程を経て、図3に示される圧電素子30が完成する。   Next, the first and second firing jigs 52 and 54 are removed and the laminate 32 is taken out. The laminated body 32 is subjected to polarization treatment by applying a predetermined voltage for 3 minutes so that the electric field strength with respect to the thickness of the laminated body 32 becomes 2 kV / mm in an environment of a temperature of 120 ° C. (FIG. 5, step S110). Through the above steps, the piezoelectric element 30 shown in FIG. 3 is completed.

ここで、圧電素子30の他の製造方法を考える。他の製造方法として、例えば、ステップS103で得られたシート積層体を圧電素子30の形状に打ち抜き、打ち抜いたものを焼成する方法が考えられる。しかしながらこの方法では、図3に示されるような構造の圧電素子、すなわち湾曲した圧電素子であって、圧電体層が湾曲の内側から外側に向かう方向に沿って積層された圧電素子、を得るのは非常に困難である。シート積層体の上面から単に打ち抜きを行っただけでは、湾曲形状のものは得られても、圧電体層が上記した方向に積層されたものは得られないからである。本実施形態の製造方法では、シート積層体をまず短冊状に切断した後に、第1および第2焼成治具52,54を用いて湾曲させるため、図3に示されるような圧電素子30を容易に得ることができる。   Here, another manufacturing method of the piezoelectric element 30 will be considered. As another manufacturing method, for example, a method of punching the sheet laminated body obtained in step S103 into the shape of the piezoelectric element 30 and firing the punched body can be considered. However, in this method, a piezoelectric element having a structure as shown in FIG. 3, that is, a curved piezoelectric element, in which a piezoelectric layer is laminated in a direction from the inside to the outside of the curve, is obtained. Is very difficult. This is because, by simply punching from the upper surface of the sheet laminate, a curved shape can be obtained, but a piezoelectric layer laminated in the above-described direction cannot be obtained. In the manufacturing method of the present embodiment, the sheet laminate is first cut into strips and then bent using the first and second firing jigs 52 and 54, so that the piezoelectric element 30 as shown in FIG. Can get to.

上述したステップS100〜S110の工程を経て製造された圧電素子30を備えるアクチュエータ1の動作について、説明する。図10は、アクチュエータ1の動作を説明するための概略正面図である。図10(a)は、圧電素子30の第1〜第3外部電極34,36,38に電圧が印加されていない状態を示している。図10(b)および図10(c)は、圧電素子30の第1〜第3外部電極34,36,38に電圧が印加された状態を示している。第1〜第3外部電極34,36,38に対する電圧の印加は、支持部材10に設けられた電極を介して行われる。   Operation | movement of the actuator 1 provided with the piezoelectric element 30 manufactured through the process of step S100-S110 mentioned above is demonstrated. FIG. 10 is a schematic front view for explaining the operation of the actuator 1. FIG. 10A shows a state in which no voltage is applied to the first to third external electrodes 34, 36, 38 of the piezoelectric element 30. FIG. 10B and FIG. 10C show a state in which a voltage is applied to the first to third external electrodes 34, 36, and 38 of the piezoelectric element 30. The application of voltage to the first to third external electrodes 34, 36, 38 is performed via electrodes provided on the support member 10.

電圧が印加されて、当該印加電圧値に応じた量だけ積層体32の圧電活性領域40aが縮み圧電活性領域40bが伸びると、圧電素子30は図10(b)に示されるように、湾曲の外側方向すなわち主面32b方向に変位する。圧電素子30が主面32b方向に変位すると、圧電素子30の両端に固定された被駆動部材20の固定部28が、互いに離間する方向に移動する。固定部28が離間する方向に移動すると、固定部28にヒンジ結合された各アーム26の他端部は、固定部28により引っ張られて、互いに離間する方向に動く。その結果、アーム26とアーム26との間に位置しているヘッド25が、支持部材10の底壁12に近づく方向、つまり矢印A方向に変位することとなる。   When a voltage is applied and the piezoelectric active region 40a of the laminated body 32 contracts and the piezoelectric active region 40b extends by an amount corresponding to the applied voltage value, the piezoelectric element 30 is bent as shown in FIG. It is displaced in the outer direction, that is, in the direction of the main surface 32b. When the piezoelectric element 30 is displaced in the direction of the main surface 32b, the fixed portions 28 of the driven member 20 fixed to both ends of the piezoelectric element 30 move in directions away from each other. When the fixing portion 28 moves in the direction of separating, the other end of each arm 26 hinged to the fixing portion 28 is pulled by the fixing portion 28 and moves in the direction of separating from each other. As a result, the head 25 located between the arm 26 and the arm 26 is displaced in the direction approaching the bottom wall 12 of the support member 10, that is, in the arrow A direction.

電圧が印加されて、当該印加電圧値に応じた量だけ積層体32の圧電活性領域40aが伸び圧電活性領域40bが縮むと、圧電素子30は図10(c)に示されるように、湾曲の内側方向すなわち主面32a方向に変位する。圧電素子30が主面32a方向に変位すると、圧電素子30の両端に固定された被駆動部材20の固定部28が、互いに接近する方向に移動する。固定部28が接近する方向に移動すると、固定部28にヒンジ結合された各アーム26の他端部は、固定部28によりヘッド25側に押されて、互いに接近する方向に動く。その結果、アーム26とアーム26との間に位置しているヘッド25が、支持部材10の底壁12から離れる方向、つまり矢印B方向に変位することとなる。   When a voltage is applied and the piezoelectric active region 40a of the multilayer body 32 expands and the piezoelectric active region 40b contracts by an amount corresponding to the applied voltage value, the piezoelectric element 30 is bent as shown in FIG. It is displaced in the inner direction, that is, in the direction of the main surface 32a. When the piezoelectric element 30 is displaced in the direction of the main surface 32a, the fixed portions 28 of the driven member 20 fixed to both ends of the piezoelectric element 30 move in directions approaching each other. When the fixing portion 28 moves in the approaching direction, the other end of each arm 26 hinged to the fixing portion 28 is pushed toward the head 25 by the fixing portion 28 and moves in a direction approaching each other. As a result, the head 25 positioned between the arms 26 is displaced in a direction away from the bottom wall 12 of the support member 10, that is, in the direction of arrow B.

以上説明したように、本実施形態に係るアクチュエータ1は、湾曲して形成された圧電素子30を備えている。湾曲した圧電素子30を用いるので、直方体型の圧電素子を用いる場合と比べて、より狭いスペースに、有効長がより長い圧電素子30を収容することができる。狭いスペースに圧電素子30を収容できるため、アクチュエータ1のサイズを小さくすることができる。また、圧電素子30の有効長を長く取ることができるため、電圧印加時における圧電素子30の一端部30aおよび他端部30bの変位量を大きくすることができる。   As described above, the actuator 1 according to the present embodiment includes the piezoelectric element 30 formed to be curved. Since the curved piezoelectric element 30 is used, the piezoelectric element 30 having a longer effective length can be accommodated in a narrower space than in the case of using a rectangular parallelepiped piezoelectric element. Since the piezoelectric element 30 can be accommodated in a narrow space, the size of the actuator 1 can be reduced. Further, since the effective length of the piezoelectric element 30 can be increased, the amount of displacement of the one end portion 30a and the other end portion 30b of the piezoelectric element 30 at the time of voltage application can be increased.

圧電素子30は、印加電圧に応じて湾曲の内側方向あるいは外側方向に変位する。圧電素子30の変位に応じて、圧電素子30の両端に固定された固定部28が互いに接近離間する。固定部28が接近離間すると、固定部28にヒンジ結合された連結部材24の各アーム26が動き、その結果、アーム26間に位置する連結部材24のヘッド25が変位する。ヘッド25の変位量は、圧電素子30の変位量に応じたものとなる。先述したように、圧電素子30の変位量は大きい。そのため、ヘッド25の変位量も大きなものとなる。   The piezoelectric element 30 is displaced inward or outward of the curve according to the applied voltage. In accordance with the displacement of the piezoelectric element 30, the fixing portions 28 fixed to both ends of the piezoelectric element 30 approach and separate from each other. When the fixing portion 28 approaches and separates, each arm 26 of the connecting member 24 hinged to the fixing portion 28 moves, and as a result, the head 25 of the connecting member 24 positioned between the arms 26 is displaced. The displacement amount of the head 25 corresponds to the displacement amount of the piezoelectric element 30. As described above, the displacement amount of the piezoelectric element 30 is large. Therefore, the displacement amount of the head 25 is also large.

圧電素子30は、支持部材10の凸部17によって支持されている。凸部17は圧電素子30の中間部を支持している。一端部30aおよび他端部30bと比べて変位量が非常に小さい中間部を支持することで、凸部17が圧電素子30の変位を妨げる可能性を低くすることができる。更に、凸部17の上面の幅を圧電素子30の長さと比べて十分に短くすることで、圧電素子の変位(特に湾曲の外側方向への変位)が凸部17によって抑制される可能性をいっそう低くすることができる。したがって、圧電素子30の変位量は、印加された電圧値を正確に反映したものとなる。なお、圧電素子30の中間部には圧電素子30の重心が位置している。重心位置を凸部17が常に支えることとなるため、圧電素子30は変位時においても安定した状態を維持することができる。   The piezoelectric element 30 is supported by the convex portion 17 of the support member 10. The convex portion 17 supports the intermediate portion of the piezoelectric element 30. By supporting the intermediate portion whose displacement is very small compared to the one end portion 30a and the other end portion 30b, the possibility that the convex portion 17 hinders the displacement of the piezoelectric element 30 can be reduced. Furthermore, by making the width of the upper surface of the convex portion 17 sufficiently shorter than the length of the piezoelectric element 30, the displacement of the piezoelectric element (especially, the outward displacement of the curve) may be suppressed by the convex portion 17. It can be made even lower. Therefore, the displacement amount of the piezoelectric element 30 accurately reflects the applied voltage value. Note that the center of gravity of the piezoelectric element 30 is located in the middle of the piezoelectric element 30. Since the convex portion 17 always supports the position of the center of gravity, the piezoelectric element 30 can maintain a stable state even when displaced.

また、本実施形態に係るアクチュエータ1において、圧電素子30は圧電体層40を有している。この圧電体層40は、圧電素子30の一端部30aから他端部30bに向かって連続的に伸びている。このように長く連続した圧電体層40を有することにより、圧電素子30の一端部30aおよび他端部30bの変位量をさらに大きくすることができる。また、圧電体層40の厚み方向は、圧電素子30の湾曲の内側から外側に向かう方向となっている。これにより、圧電素子30を湾曲の内側方向あるいは外側方向に確実に変位させることができる。   In the actuator 1 according to this embodiment, the piezoelectric element 30 has the piezoelectric layer 40. The piezoelectric layer 40 continuously extends from one end 30a of the piezoelectric element 30 toward the other end 30b. By having such a long and continuous piezoelectric layer 40, the amount of displacement of the one end 30a and the other end 30b of the piezoelectric element 30 can be further increased. The thickness direction of the piezoelectric layer 40 is a direction from the inside to the outside of the curve of the piezoelectric element 30. Thereby, the piezoelectric element 30 can be reliably displaced in the inner side or the outer side of the curve.

また、本実施形態に係るアクチュエータ1において、圧電素子30の積層体32は圧電体層40を複数有しており、圧電体層40の積層方向は圧電素子30の内側から外側に向かう方向に沿っている。複数の圧電体層40をこのように積層することにより、圧電体層40が1つである場合と比べて、湾曲の内側方向あるいは外側方向に圧電素子30をより大きく変位させることができる。また、圧電体層40が一つである場合と比べて、同一変位量を得るための駆動電圧を小さくすることができる。   Further, in the actuator 1 according to the present embodiment, the stacked body 32 of the piezoelectric elements 30 has a plurality of piezoelectric layers 40, and the stacking direction of the piezoelectric layers 40 is along the direction from the inside to the outside of the piezoelectric elements 30. ing. By laminating the plurality of piezoelectric layers 40 in this manner, the piezoelectric element 30 can be displaced more greatly in the inner or outer direction of the curve than in the case where the number of the piezoelectric layers 40 is one. In addition, the driving voltage for obtaining the same amount of displacement can be reduced as compared with the case where there is only one piezoelectric layer 40.

また、本実施形態に係るアクチュエータ1において、圧電素子30は、圧電体層40を挟むように形成された第1〜第3内部電極42,44,46と、これらに接続された第1〜第3外部電極34,36,38とを有しており、第1〜第3外部電極34,36,38は圧電素子30の中間部に設けられている。圧電素子30の中間部は変位が殆ど生じない部位であるため、第1〜第3外部電極34,36,38が圧電素子30の変位を妨げることはない。したがって、変位を妨げることなく、圧電素子30に電圧を印加できる。   Further, in the actuator 1 according to the present embodiment, the piezoelectric element 30 includes the first to third internal electrodes 42, 44, 46 formed so as to sandwich the piezoelectric layer 40, and the first to first internal electrodes connected thereto. Three external electrodes 34, 36, and 38, and the first to third external electrodes 34, 36, and 38 are provided in an intermediate portion of the piezoelectric element 30. Since the middle portion of the piezoelectric element 30 is a portion where displacement hardly occurs, the first to third external electrodes 34, 36, and 38 do not hinder the displacement of the piezoelectric element 30. Therefore, a voltage can be applied to the piezoelectric element 30 without hindering displacement.

また、本実施形態に係るアクチュエータ1において、圧電素子30は半円環状を呈している。半円環状とすることによって、圧電素子30を変位がスムーズなものとすることができる。また、直方体型の圧電素子を用いる場合と比べて、圧電素子30の収容スペースを確実に小さくすることができる。   In the actuator 1 according to this embodiment, the piezoelectric element 30 has a semicircular shape. By adopting a semi-annular shape, the piezoelectric element 30 can be smoothly displaced. In addition, as compared with the case where a rectangular parallelepiped piezoelectric element is used, the accommodation space of the piezoelectric element 30 can be reliably reduced.

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、本実施形態では、被駆動部材20を以下のような構造とした。すなわち、圧電素子30が湾曲の外側方向に変位するとヘッド25が支持部材10の底壁12と近づく方向に変位し、圧電素子30が湾曲の内側方向に変位するとヘッド25が支持部材10の底壁12から離れる方向に変位するような構造とした。被駆動部材20は、図11や図12に示されるような構造であってもよい。図11は、被駆動部材20の変形例を示す概略正面図である。図11には、圧電素子30が湾曲の外側方向に変位するとヘッド25が底壁12から離れる方向(矢印B方向)に変位し、圧電素子30が湾曲の内側方向に変位するとヘッド25が底壁12と近づく方向(矢印A方向)に変位する構造が示されている。図12(a)は被駆動部材20の他の変形例を示す概略正面図であり、図12(b)は被駆動部材20の他の変形例を示す概略上面図である。図12には、圧電素子30が変位すると、ヘッド25が矢印C方向、すなわち圧電素子30で囲まれる空間を貫く方向に沿って変位する構造が示されている。   For example, in the present embodiment, the driven member 20 has the following structure. That is, when the piezoelectric element 30 is displaced in the outward direction of the curve, the head 25 is displaced in a direction approaching the bottom wall 12 of the support member 10, and when the piezoelectric element 30 is displaced in the inward direction of the curve, the head 25 is displaced from the bottom wall of the support member 10. The structure is displaced in a direction away from 12. The driven member 20 may have a structure as shown in FIG. 11 or FIG. FIG. 11 is a schematic front view showing a modified example of the driven member 20. In FIG. 11, when the piezoelectric element 30 is displaced in the outward direction of the curve, the head 25 is displaced in the direction away from the bottom wall 12 (arrow B direction), and when the piezoelectric element 30 is displaced in the inward direction of the curve, the head 25 is displaced. The structure which is displaced in the direction approaching 12 (arrow A direction) is shown. FIG. 12A is a schematic front view showing another modified example of the driven member 20, and FIG. 12B is a schematic top view showing another modified example of the driven member 20. FIG. 12 shows a structure in which when the piezoelectric element 30 is displaced, the head 25 is displaced in the direction of arrow C, that is, the direction passing through the space surrounded by the piezoelectric element 30.

また、本実施形態では、圧電素子30の積層体32は半円環状を呈しているとしたが、積層体32は少なくとも中間部が湾曲していればよい。また、本実施形態では、連結部24はヘッド25を頂部として屈曲された形状を成しているとした。これを、連結部24の各アーム26をカーブさせることにより、連結部24はヘッド25を頂部として湾曲された形状を成しているとしてもよい。この場合、アーム26をヒンジ結合することによって、連結部24は湾曲の内側方向あるいは外側方向に変位することとなる。   In the present embodiment, the laminated body 32 of the piezoelectric elements 30 has a semicircular shape, but it is sufficient that at least the middle part of the laminated body 32 is curved. In the present embodiment, the connecting portion 24 has a bent shape with the head 25 as the top. By connecting each arm 26 of the connecting portion 24 to a curve, the connecting portion 24 may have a curved shape with the head 25 as a top portion. In this case, by connecting the arm 26 with a hinge, the connecting portion 24 is displaced inward or outward of the curve.

また、本実施形態では、第1〜第3外部電極34,36,38は下地電極および端子電極からなっているとしたが、第1〜第3外部電極34,36,38を外部(例えば底壁12の凸部17に設けられた電極)に半田付けする必要がない場合には、第1〜第3外部電極34,36,38は下地電極のみを有していればよい。   In the present embodiment, the first to third external electrodes 34, 36, 38 are composed of the base electrode and the terminal electrode. However, the first to third external electrodes 34, 36, 38 are external (for example, bottom). When it is not necessary to solder to the electrode provided on the convex portion 17 of the wall 12, the first to third external electrodes 34, 36, and 38 need only have base electrodes.

また、本実施形態では、圧電素子30の積層体32は8つの圧電体層40を有するとしたが、圧電体層40の数はこれに限られず、1つ以上であればよい。また、圧電体層40、第1〜第3内部電極42,44,46、および第1〜第3外部電極34,36,38に用いられる材料は、上述したものに限られない。   In the present embodiment, the laminated body 32 of the piezoelectric elements 30 includes the eight piezoelectric layers 40. However, the number of the piezoelectric layers 40 is not limited thereto, and may be one or more. The materials used for the piezoelectric layer 40, the first to third internal electrodes 42, 44, 46, and the first to third external electrodes 34, 36, 38 are not limited to those described above.

本実施形態に係るアクチュエータを示す正面図である。It is a front view which shows the actuator which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るアクチュエータを示す上面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the actuator which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るアクチュエータが備える圧電素子の斜視図である。It is a perspective view of the piezoelectric element with which the actuator concerning this embodiment is provided. 本実施形態に係るアクチュエータが備える圧電素子の斜視図である。It is a perspective view of the piezoelectric element with which the actuator concerning this embodiment is provided. 本実施形態に係るアクチュエータが備える圧電素子の製造方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric element with which the actuator which concerns on this embodiment is provided. グリーン体の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a green body. 側面に電極パターンが形成されたグリーン体の斜視図である。It is a perspective view of the green body in which the electrode pattern was formed in the side surface. 焼成治具を示す斜視図および上面図である。It is the perspective view and top view which show a baking jig. グリーン体を焼成する工程を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the process of baking a green body. 本実施形態に係るアクチュエータの動作を説明するための概略正面図である。It is a schematic front view for demonstrating operation | movement of the actuator which concerns on this embodiment. 被駆動部材の変形例を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the modification of a to-be-driven member. 被駆動部材の他の変形例を示す概略正面図および概略上面図である。It is the schematic front view and schematic top view which show the other modification of a to-be-driven member.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・アクチュエータ、10・・・支持部材、20・・・被駆動部材、22・・・軸部、24・・・連結部、25・・・ヘッド、26・・・アーム、28・・・固定部、30・・・圧電素子、32・・・積層体、32a,32b・・・主面、32c・・・側面、32d・・・側面、34,36,38・・・第1〜第3外部電極、40・・・圧電体層、42,44,46・・・第1〜第3内部電極、50・・・焼成治具、52・・・第1焼成治具、54・・・第2焼成治具。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Actuator, 10 ... Support member, 20 ... Driven member, 22 ... Shaft part, 24 ... Connection part, 25 ... Head, 26 ... Arm, 28 ... Fixed portion, 30 ... piezoelectric element, 32 ... laminated body, 32a, 32b ... main surface, 32c ... side surface, 32d ... side surface, 34, 36, 38 ... first to third 3rd external electrode, 40 ... piezoelectric layer, 42, 44, 46 ... 1st-3rd internal electrode, 50 ... firing jig, 52 ... 1st firing jig, 54 ... -Second firing jig.

Claims (6)

一端部および他端部を有するとともに少なくとも前記一端部と前記他端部との間の領域が湾曲しており、前記一端部および前記他端部が印加電圧に応じて湾曲の内側方向あるいは外側方向に変位する圧電素子と、
前記圧電素子における湾曲した前記領域を支持する支持部材と、
前記圧電素子の前記一端部および前記他端部に固定される一対の固定部と、前記一対の固定部を連結するとともに屈曲または湾曲された連結部とを有する被駆動部材と、
を備え、
前記連結部が、前記圧電素子の変位に伴って、前記連結部における屈曲又は湾曲の内側方向あるいは外側方向に変位することを特徴とするアクチュエータ。
It has one end and the other end, and at least a region between the one end and the other end is curved, and the one end and the other end are curved inward or outward depending on applied voltage. A piezoelectric element that is displaced to
A support member that supports the curved region of the piezoelectric element;
A driven member having a pair of fixing portions fixed to the one end portion and the other end portion of the piezoelectric element; and a connecting portion that connects the pair of fixing portions and is bent or curved;
With
The actuator is characterized in that the connecting portion is displaced inward or outward of bending or bending in the connecting portion in accordance with displacement of the piezoelectric element.
前記圧電素子は、前記一端部から前記他端部に向かって連続的に伸びるとともに、厚み方向が湾曲の内側から外側に向かう方向とされた圧電体層を有することを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。   2. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric element has a piezoelectric layer that continuously extends from the one end portion toward the other end portion and whose thickness direction is a direction from the inside to the outside of the curve. The actuator described. 前記圧電素子は、前記圧電体層を複数有し、
複数の前記圧電体層は、湾曲の内側から外側に向かう方向に沿って積層されていることを特徴とする請求項2に記載のアクチュエータ。
The piezoelectric element has a plurality of the piezoelectric layers,
The actuator according to claim 2, wherein the plurality of piezoelectric layers are stacked along a direction from the inside to the outside of the curve.
前記圧電素子は、前記圧電体層を挟むように形成された内部電極と、当該内部電極に接続された外部電極とを有しており、
前記外部電極は、前記圧電素子の前記一端部と前記他端部との間の領域に設けられていることを特徴とする請求項2又は3に記載のアクチュエータ。
The piezoelectric element has an internal electrode formed so as to sandwich the piezoelectric layer, and an external electrode connected to the internal electrode,
The actuator according to claim 2, wherein the external electrode is provided in a region between the one end portion and the other end portion of the piezoelectric element.
前記圧電素子は、半円環状を呈していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric element has a semi-annular shape. 湾曲した圧電素子を製造する方法であって、
内部電極が形成されたグリーンシートを含む複数のグリーンシートを積層してシート積層体を形成する第1工程と、
前記シート積層体を切断して短冊状の前記シート積層体を得る第2工程と、
湾曲した第1壁面を有する第1焼成治具と、前記第1焼成治具の前記第1壁面と沿うように湾曲した第2壁面を有する第2焼成治具と、を用意する第3工程と、
前記第1焼成治具の前記第1壁面と前記第2焼成治具の前記第2壁面とに挟まれるように、前記短冊状のシート積層体を配置する第4工程と、
前記第1壁面と前記第2壁面との間に配置された前記短冊状のシート積層体を焼成する第5工程と、
を含み、
前記第4工程では、
前記短冊状のシート積層体の側面のうち長手方向に沿い且つ積層方向と垂直な一対の側面が前記第1壁面および前記第2壁面と対向するように、前記短冊状のシート積層体を配置する、
ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
A method of manufacturing a curved piezoelectric element comprising:
A first step of laminating a plurality of green sheets including a green sheet on which internal electrodes are formed to form a sheet laminate;
A second step of cutting the sheet laminate to obtain the strip-shaped sheet laminate;
A third step of preparing a first firing jig having a curved first wall surface and a second firing jig having a second wall surface curved along the first wall surface of the first firing jig; ,
A fourth step of arranging the strip-shaped sheet laminate so as to be sandwiched between the first wall surface of the first baking jig and the second wall surface of the second baking jig;
A fifth step of firing the strip-shaped sheet laminate disposed between the first wall surface and the second wall surface;
Including
In the fourth step,
The strip-shaped sheet laminate is arranged so that a pair of side surfaces along the longitudinal direction and perpendicular to the stacking direction of the side surfaces of the strip-shaped sheet laminate are opposed to the first wall surface and the second wall surface. ,
A method of manufacturing a piezoelectric element.
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